Опис установки.
На рис. З показана оптична схема пірометра та електрична схема для нагрівння досліджуваного тіла.
Оптичний пірометр включає наступні принципово важливі елементи:
1. Оптичну систему, яка складається з об'єктива 2, окуляра 5, діафрагми і монохроматичного (червоного) світлофільтра 6. Крім того, в оптичну систему можуть по черзі вводитись послаблюючі світлофільтри 3, тобто димчасто-сіре поглинаюче скло із заздалегідь відомим коефіцієнтом поглинання.
2. Пірометричну (фотометричну) лампу 4, включену послідовно в електричну схему з джерелом струму і реостатом для регулювання струму розжарення нитки лампи , яка є еталоном вимірюваної яскравої температури.
3. Електровимірювальний прилад представляє собою диференціальний амперметр магнітоелектричної системи з двома рамками, із яких основна включена паралельно лампі, а додаткова – назустріч основній і послідовно з лампою.
Застосування вищевказаної схеми дозволяє зменшити неробочу ділянку шкали до мінімальної величини. Шкала приладу градуюється в градусах Цельсія яскравої температури.
.1
Рис. 3. Оптична і електрична схема установки
1— джерело світла; 2— об'єктив; 3— послаблюючі світлофільтри; 4—пірометрична лампа; 5-окуляр; 6—діафрагма і монохроматичний (червоний) світлофільтр.
Сталу Планка розраховуємо за формулою (13).
Об'єктом дослідження в роботі є спеціальна лампа розжарення з вольфрамовою спіраллю рис.1 (1). Температура спіралі вимірюється за допомогою оптичного пірометра. Виміри проводяться при трьох температурах, значення яких пропонує викладач.
Виконання роботи.
1
.Зібрати
схему. Л-1 тіло (лампа), дійсну температуру
якого треба визначити.
2. За допомогою реостата, вмонтованого в прилад ВС-24, встановити потрібний струм розжарення лампи ЛІ і за допомогою вольтметра визначити напругу в колі. 3. Приєднати пірометр до блока живлення. Границі вимірювання пірометра встановлюються за положенням перемикача діапазонів на верхній частині корпусу пірометра. Положення ручки перемикача діапазонів такі:
І - 800 – 1400°C,
ІІ - 1200 – 2000°C,
ІІІ - 1800 – 5000°C.
Без дозволу викладача (лаборанта) включати пірометр заборонено.
4. Встановити пірометр на оптичній лаві і рухаючи тубус його об'єктива, добитися чіткого зображення нитки розжарення досліджуваної лампи.
5. Обертаючи ручку реохорда, добиваються потрібного розжарення нитки пірометра. Зображення спіралі досліджуваної лампи повинно знаходитися в центральній частині поля зору проти покажчика.
6. Провести відлік температури по шкалі пірометра, відповідно вибраному діапазону.
7. Повторити вимір не менше чотирьох разів для різних значень сили струму розжарення досліджуваної лампи.
8. Виміряні значення İ, V, Тя занести в таблицю:
№ досл. |
İ,А |
U, В |
Тя , К |
аλТ |
Т, К |
G |
∆G |
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для розрахунку сталої Стефана – Больцмана скористаємося законом збереження енергії, за яким потужність, яка підводиться до спіралі лампи випромінюється лампою, тобто
İV
= σ
S (
T4
–
от
),
де S – площа поверхні тіла, що випромінює енергію (для визначення S треба виміряти діаметр дроту спіралі d , довжину одного витка спіралі l і кілька витків n, За цими даними знайдемо S за формулою: S = πdln), от і Тот коефіцієнт поглинання і температура оточуючого середовища. Оскільки температура розжареного тіла T >> Tот , то можна скористатися наближенням і записати таке спрощене рівняння:
İV = σ S T4, (16)
Остаточно, для визначення сталої Стефана – Больцмана використовуємо рівняння:
(17)
Значення σ розраховуємо для кожного досліду окремо. Кінцевий результат повинен бути середнім значенням. Важливим завданням роботи є оцінка похибки, яка виникає внаслідок різних причин. Тому в таблиці, куди записуються виміряні величини треба записувати можливі похибки вимірів.